考虑到全球能源需求的不断增长以及可再生清洁能源使用的重要性,开发可持续的能源模式变得至关重要。超级电容器（Supercapacitor）可以克服传统电池功率密度低的缺点,并且具有充电放电能力速度快和功率高的优势,引起了全世界的关注。其中,电极材料是决定超级电容器综合性能的主要因素之一。1、四氧化三钴电极材料的制备与研究本课题首先采用简单的水热法,以不同浓度比例的六水合硝酸钴（Co（NO₃）₂?6H₂O）和六亚甲基四胺（HMT）作为反应物,在泡沫镍基底上制备了具有高比表面积的蜂窝状Co₃O₄纳米片电极材料。采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）等手段对产物物相组成、形貌进行了分析。通过循环伏安法（CV）和恒电流充放电法测试了Co₃O₄的电化学性能。在此基础上,系统研究了HMT与Co（NO₃）₂的摩尔比（1:1,2:1,3:1,4:1,5:1和6:1）对电极材料形貌的影响,揭示了Co₃O₄的成核和生长机理,并建立了形貌演变对电化学性能的影响规律。结果表明,HMT和Co（NO₃）₂的摩尔比对Co₃O₄的形貌演化有着显著的影响。摩尔比浓度较低时（1:1,2:1）,样品的形貌是零散分布的纳米片并包裹有大量的球形纳米颗粒。随着摩尔浓度的增加（3:1）,球形纳米颗粒会发生团聚形成条形带状结构,接着带状颗粒不断生长延伸并形成新的纳米片形貌。直到摩尔比浓度达到最佳时（4:1）,纳米片之间相互连接形成了高比表面积的蜂窝状结构。当摩尔比浓度继续增加（5:1,6:1）,纳米片在相互连接的地方形成新的生长点,并沿着这个方向过度生长形成粗糙的花状形貌,并逐渐代替了蜂窝状形貌结构。因此,上述形貌演变过程使得Co₃O₄纳米材料的比表面积呈现出先增大后变小的变化趋势,并在摩尔比为4:1时比表面积达到最大值。同时,Co₃O₄形貌的演变也影响着电极电化学性能的规律变化。在电流密度为1 A?g^-1的恒电流充放电实验中,摩尔比为4:1的样品D具有最高的电容值(743.00 F?g^-1),然后依次是摩尔比为3:1的样品C(503.29 F?g^-1)、摩尔比为5:1的样品E(463.75 F?g^-1)、摩尔比为6:1的样品F(363.74 F?g^-1)、摩尔比为2:1的样品B(280.46 F?g^-1)以及摩尔比为1:1的样品A（121.32 F·g-1）,在扫描速度为5 m V?s^-1的CV测试中也观察到类似的实验结果。最重要的是,在摩尔比为4:1时的样品D还表现出非常优异的循环性能,在恒电流充放电500次循环后,电极材料的比电容在1A?g^-1电流密度下能保持97（4）的电容值。这种优异的电化学性能主要是由于Co₃O₄在泡沫镍基体上生长出了高比面积的形貌,使得Co₃O₄纳米片为充放电过程中离子的输运提供了附加的通道和空间。2、四氧化三钴/还原氧化石墨烯（RGO）电极材料的制备与研究在此基础上,本课题采用电泳沉积和热还原法在泡沫镍表面制备了还原氧化石墨烯电极材料,然后通过水热法在不同HMT和Co（NO₃）₂摩尔比条件下（1:2,1:1,2:1,3:1和4:1）制备了Co₃O₄/还原氧化石墨烯复合电极材料。深入研究了在还原氧化石墨烯存在的条件下,不同的碱源浓度对电极材料形貌及电化学性能的影响规律。首先从形貌上看,在摩尔比浓度为1:2和1:1时,基体表面生长着零散而又碎小的孤立纳米片簇。摩尔比增加到2:1时,可以观察到表面被划分成具有狭窄间隙的小型散射区并且形成高比表面积的蜂窝状结构。随着摩尔比的进一步增加,纳米片沿着新的连接位点继续生长形成粗糙的花状形貌,导致最初的蜂窝状结构被代替。所以上述形貌演变使得Co₃O₄/还原氧化石墨烯的比表面积也呈现出先增大后变小的变化趋势。特别值得注意的是,Co₃O₄电极材料在摩尔比为4:1的条件下得到样品的最佳比表面积,而Co₃O₄/还原氧化石墨烯在2:1的条件下就可以满足。此外,通过计时电流法对Co₃O₄/还原氧化石墨烯进行电化学测试,数据显示摩尔比为2:1的样品C在电流密度为1A?g^-1时的电容值达到1138.11 F?g^-1,然后依次是摩尔比为3:1的样品D(1001.66 F?g^-1)、摩尔比为4:1的样品E(995.90 F?g^-1)、摩尔比为1:1的样品B(668.76 F?g^-1)、摩尔比以及摩尔比为1:2的样品A(417.14 F·g^-1)。且样品C恒流充放电500次后电容损耗仅约为2.9%,表现出优异的循环性能。结果表明,相比于未复合石墨烯的电极材料,复合后的产物能明显提高样品的电化学性能,这是因为复合还原氧化石墨烯后,为Co₃O₄纳米片的生长提供了更加多维的活性位点,增加了离子的迁移速率,所以在较低的摩尔比浓度下就得到比表面积最佳的活性电极材料,并且得到更优异电化学性能。